一、龍門(mén)刨床的工藝分析
龍門(mén)刨床的主運動(dòng)：
龍門(mén)刨床的刨削過(guò)程是工件（安裝在刨臺上）與刨刀之間作相對運動(dòng)的過(guò)程。因為刨刀除進(jìn)給運動(dòng)外，（此運動(dòng)一般由數控定位或手動(dòng)定位）加工過(guò)程是不動(dòng)的，所以龍門(mén)刨床的主運動(dòng)就是刨臺頻繁的往復運動(dòng)，變頻器所拖動(dòng)的就是刨臺電機這種往復運動(dòng)。所謂往復運動(dòng)周期，是指刨臺每往返一次的速度變化過(guò)程。以某國產(chǎn)A系列龍門(mén)刨床為例，其往復周期如圖1所示。
圖1 刨臺的往復周期
a）刨臺的運動(dòng)示意圖 b）往復周期
圖中，Vf為線(xiàn)速度；t為時(shí)間。各時(shí)段(t1~t5)的工作狀況如下：
t1段： 刨臺起動(dòng)、刨刀切入工件段。
為了減小在刨刀剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊和防止工件被崩?#27169;瑅0速?#23481;^低。
t2段： 刨削段。
刨臺加速至正常的刨削速度vf 。
t3段： 刨刀退出工件段。
為了防止工件邊緣破裂，故將速度又降低為v0 。
t4段： 返回段。
返回過(guò)程是不切削工件的空載行程，為了節約時(shí)間，提高工作效率，返回速度應盡可能快一些，設為vr 。
t5段：緩沖段。
返回行程即將結束、再反向到工作速度之前，為了減小對傳動(dòng)機構的沖擊，又應將速度降低為v0；之后，便進(jìn)入下一周期，重復上述過(guò)程。注意：t4、t5時(shí)間段變頻器反轉。
二、刨臺運動(dòng)的機械特性
以此刨床為例，說(shuō)明如下：
1、刨臺運動(dòng)的負荷特性
1）切削速度vQ≤25m/min,在這一速度段，龍門(mén)刨床允許的最大切削力相同。在調速過(guò)程中，負荷具有恒轉矩特性。
2）切削速度vQ＞25m/min，由于橫梁與立柱等機械結構的強度所限制，允許的最大切削力隨速度的增大而減小。因此，在調速過(guò)程中負荷具有恒功率性質(zhì)。
2、刨臺的傳動(dòng)機構
分成兩擋，以45m/min為界，速度比為2：1。
三、刨臺運動(dòng)的變頻調速
1、變頻調速方案的設計要點(diǎn)
1）電動(dòng)機選型 一般來(lái)說(shuō)，以選用變頻調速專(zhuān)用電動(dòng)機為宜。
2）變頻器的選型 近年來(lái)，龍門(mén)刨床常常與銑床兼用，而銑削時(shí)的進(jìn)刀速度約只有刨削時(shí)的1/100，故要求拖動(dòng)系統具有良好的低速運行（即低頻力矩特性）性能。所以選用四方矢量變頻C320系列。
3）制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元 如上述，刨臺在工作過(guò)程中，處于頻繁往復的運行狀態(tài)。為了提高工作效率、縮短輔助時(shí)間，刨臺的加、減速時(shí)間應盡可能的短。因此，直流回路中的制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元是必不可少的。由于往復十分頻繁，?#25163;?#21205;(dòng)電阻的容量應比一般情況下的容量大1~2檔次。
2、刨臺往復運動(dòng)的控制
1）往復指令 刨臺在往復周期中，實(shí)現速度變化的指令信號，是由刨臺下面專(zhuān)用的接近開(kāi)關(guān)的狀態(tài)得到的。接近開(kāi)關(guān)的狀態(tài)由裝在刨臺下部的4個(gè)“接近塊”（相當于行程開(kāi)關(guān)的擋塊，分別編以1、2、3、4號）的接近情況所決定，如圖2a所示。圖 中，為了直觀(guān)起見(jiàn)，仍用行程開(kāi)關(guān)和擋塊來(lái)表示。SQ1、SQ2是用來(lái)決定刨臺的運行情況的；SQ5、SQ6是極限開(kāi)關(guān)，用于對刨臺極限位置的保護。各接近開(kāi)關(guān)在不同時(shí)序中的狀態(tài)如圖2b所示。圖中“1”表示接近開(kāi)關(guān)被“撞”；“0”表示接近開(kāi)關(guān)復位。
2）刨臺運動(dòng)的控制電路 由于龍門(mén)刨床的實(shí)際控制電路，除刨臺的往復運動(dòng)外，還必須考慮刨臺運動(dòng)與橫梁、刀架之間的配?#31995;龋?#25925;控制電路以采用PLC較為方便，其往復控制電路如圖3所示。PLC的輸入信號中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別為各切換點(diǎn)的接近開(kāi)關(guān)；按鈕開(kāi)關(guān)SB1用于循環(huán)開(kāi)始，SB2用于緊急停機；SB3、SB4分別為正、反向點(diǎn)動(dòng)按鈕，這是在調整過(guò)程中所必須的。PLC的輸出信號中，Y1、Y2、Y3分別控制變頻器的多段轉速控制端X1、X2、X3；Y5、Y6分別控制變頻器的正轉、反轉。
變頻器的參數設置：
使用C320系列矢量變頻器注意事項：當匹配變頻器容量高于電機容量時(shí)，應輸入電機參數進(jìn)行電機參數自測定且變頻器容量與電機容量相差在兩擋以?xún)取７駝t由于電機參數不匹配可能導致變頻器輸出力矩達不到理想的輸出要求。
圖3 刨臺變頻調速往復周期控制電路圖
四、變頻器調試要點(diǎn)
在調試變頻器的過(guò)程中，主要針對工作臺頻繁換向，快速響應等問(wèn)題進(jìn)行調整。
1、注意變頻器與電機的自調諧過(guò)程。在選擇矢量控制方?#38477;?#19968;次運行前，一定要進(jìn)行電機的自動(dòng)調諧工作，以便獲得被控電機的準確電氣參數。這種過(guò)程相當于對負載電動(dòng)機自動(dòng)地進(jìn)行一次“等效電路參數測定實(shí)驗”，力求達到準確的矢量控制。
2、避免出現爬行現象。由于加工切削量不同、工件重量不等、行程不一、高速運行等嚴重惡劣條件造成或在運動(dòng)中工作臺慣性大，勢必會(huì )在減速與反向過(guò)程中會(huì )向原方向作一定距離的慣性運動(dòng)，務(wù)必調整變頻器的有關(guān)參數，一定要準確控制加減速時(shí)間及制動(dòng)的投入方式，?#39389;t會(huì )出現越位等故障。
五、應用情況及效果
1、工作方式
在龍門(mén)刨床改造前，工作時(shí)直流發(fā)電機組一直處于運行狀態(tài)，特別是在工作間隙，測?#25239;?#20214;等，白白耗費大量的空載能量。改造后，龍門(mén)刨床只是在工作臺運動(dòng)時(shí)才消耗能量，并且在輕載時(shí)變頻器自動(dòng)節能。
2、運?#20449;c維護
改造前，由于刨床使用時(shí)間長(cháng)，各處性能不如最初，換向慣性大，機床維修量大，并且難以維修，特別是勵磁發(fā)電機不發(fā)電故障。改造后，采用了先進(jìn)的矢量控制，從性能、穩定性上超過(guò)原來(lái)，換向慣性小，反向快速響應。變頻器控制柜集中，基本上沒(méi)有出現大的故障。
3、環(huán)境改善
改造前，發(fā)電機組工作時(shí)噪音嚴重，高達80dB。改造后，檢測噪音70dB，改善了工作環(huán)?#24120;?#26377;利于操作工人的身心健康。
4、占地面積
改造前，機組占地面積大，改造后僅為原來(lái)的10%。
